Zat yang sama di dunia nyata tergantung pada kondisi lingkungan mungkin masuk berbagai negara bagian. Misalnya air bisa berwujud cair, dalam gagasan padat - es, dalam bentuk gas - uap air.
- Keadaan ini disebut keadaan agregat materi.
Molekul suatu zat dalam keadaan agregasi yang berbeda tidak berbeda satu sama lain. Spesifik keadaan fisik ditentukan oleh lokasi molekul, serta sifat pergerakan dan interaksinya satu sama lain.
Gas - jarak antar molekul cukup besar ukuran lebih banyak molekul itu sendiri. Molekul-molekul dalam zat cair dan zat padat letaknya cukup berdekatan satu sama lain. Dalam benda padat, jaraknya bahkan lebih dekat.
Untuk mengubah agregat kondisi tubuh, itu perlu memberikan energi. Misalnya, untuk mengubah air menjadi uap, ia harus dipanaskan. Agar uap menjadi air kembali, ia harus melepaskan energinya.
Transisi dari padat ke cair
Peralihan suatu zat dari padat ke cair disebut meleleh. Agar suatu benda mulai meleleh, ia harus dipanaskan sampai suhu tertentu. Suhu di mana suatu zat meleleh adalah disebut titik leleh suatu zat.
Setiap zat mempunyai titik lelehnya masing-masing. Untuk beberapa benda, nilainya sangat rendah, misalnya untuk es. Dan beberapa benda memiliki titik leleh yang sangat tinggi, misalnya besi. Secara umum, peleburan benda kristal adalah proses yang kompleks.
Grafik Pencairan Es
Gambar di bawah menunjukkan grafik lelehnya benda kristal, in dalam hal ini es.
- Grafik menunjukkan ketergantungan suhu es pada waktu pemanasannya. Suhu ditampilkan pada sumbu vertikal, waktu ditampilkan pada sumbu horizontal.
Dari grafik awalnya suhu es -20 derajat. Kemudian mereka mulai memanaskannya. Suhu mulai meningkat. Bagian AB adalah bagian tempat es dipanaskan. Seiring waktu, suhu meningkat hingga 0 derajat. Suhu ini dianggap sebagai titik leleh es. Pada suhu tersebut es mulai mencair, namun suhunya berhenti meningkat, meskipun es juga terus memanas. Area leleh sesuai dengan area BC pada grafik.
Kemudian, ketika semua es mencair dan berubah menjadi cair, suhu air mulai meningkat kembali. Hal ini ditunjukkan pada grafik oleh sinar C. Artinya, kita menyimpulkan bahwa selama pencairan suhu benda tidak berubah, semua masuk energi pergi untuk meleleh.
Menyelesaikan masalah pendidihan dan kondensasi dalam banyak hal mirip dengan menyelesaikan masalah peleburan dan pemadatan. Ini membantu siswa berkembang konsep yang relevan Dan keterampilan praktis. Pada saat yang sama, jika penguasaan materi tidak cukup kuat dan mendalam, ketika karakteristik dan ciri khusus dari masing-masing proses ini, misalnya penguapan dan perebusan, tidak ditekankan, “intervensi” yang tidak diinginkan dari keterampilan serupa, kebingungan atau identifikasi yang salah oleh siswa tentang konsep serupa diamati.
Guru harus memberikan perhatian serius terhadap hal ini. Salah satu cara untuk menghilangkan kekurangan ini adalah dengan memecahkan, ketika mengulangi, masalah-masalah gabungan yang memperhitungkan semua transformasi agregat materi yang dipelajari (No. 222, 223).
Kebanyakan soal adalah soal kualitatif atau kalkulasi sederhana yang perlu ditentukan, misalnya.
jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah massa tertentu cairan menjadi uap saat mendidih.
Tugas yang paling sulit adalah menghitung kalor jenis penguapan. Masalah ini harus diselesaikan di kelas dengan bantuan guru. Untuk mempermudah penghitungan, Anda dapat menghilangkan data kalorimeter dari kondisi.
217. Grafik pemanasan dan perebusan air, alkohol dan eter diberikan (Gbr. 32). Tentukan grafik mana yang dibuat untuk masing-masing cairan tersebut.
218. Mana yang mempunyai energi dalam lebih banyak: air atau uap, diambil dalam jumlah yang sama Periksa kesimpulan Anda secara eksperimental.
Larutan. Untuk mengubah air menjadi uap, ia perlu memberikan sejumlah panas. Oleh karena itu, energi dalam uap lebih besar. Untuk memeriksanya, masukkan sejumlah uap ke dalam segelas air dari ketel, perhatikan tingkat baru air dan perubahan suhunya. Ke gelas lain dengan gelas yang sama kuantitas awal Tuangkan air mendidih sebanyak yang sudah mengembun dari uapnya. Perubahan suhu air pada kasus kedua akan jauh lebih sedikit dibandingkan pada kasus pertama.
219. Berapa jumlah energi yang diperlukan untuk berubah menjadi uap pada titik didih dan tekanan air normal? alkohol? eter? Berapa banyak energi yang diperlukan untuk mengubah cairan menjadi uap jika dipanaskan terlebih dahulu hingga mendidih
Larutan. Dengan menggunakan tabel kalor jenis penguapan, siswa harus terlebih dahulu menyelesaikan soal bagian pertama secara lisan, dengan alasan sebagai berikut. Untuk berubah menjadi uap
diperlukan air pada titik didih. Oleh karena itu, untuk mengubah air menjadi uap, perlu mengeluarkan energi 10 kali lebih banyak. Nilai jumlah kalor untuk alkohol dan eter ditemukan dengan cara yang sama. Maka Anda harus menggunakan rumusnya
Bagian kedua dari masalah ini diselesaikan sebagai berikut. Jumlah total energi yang dikeluarkan
Demikian pula, tentukan jumlah total panas yang diperlukan untuk mengubah alkohol dan eter menjadi uap.
Saat memecahkan suatu masalah, Anda perlu memperhatikan perhatian khusus pada kemampuan siswa dalam menggunakan dan memahami tabel arti fisik jumlah yang diberikan di dalamnya.
220. Tuang air ke dalam tabung reaksi dan ukur suhunya. Panaskan tabung reaksi, catat waktunya, mula-mula sampai mendidih, lalu sampai semua air berubah menjadi uap. Berdasarkan data eksperimen, tentukan kira-kira panas spesifik penguapan, bandingkan dengan tabel dan tunjukkan alasan yang mengurangi keakuratan hasil.
Larutan. Dalam salah satu percobaan, data berikut diperoleh. Suhu awal Waktu pemanasan hingga mendidih - 2,5 menit, waktu mendidih - 20 menit.
Panas yang digunakan untuk memanaskan air; panas yang dibutuhkan untuk pembentukan uap
Mengingat jumlah panas yang dilepaskan oleh pemanas sebanding dengan waktu pemanasan, kita memperoleh:
Keakuratan hasil dikurangi oleh sejumlah faktor: air panas mengeluarkan lebih banyak panas lingkungan, daripada dingin, sehingga jumlah panas yang diterima air tidak sebanding dengan waktu. Ketika hanya ada sedikit air yang tersisa di tabung reaksi, jumlah besar Panasnya digunakan untuk memanaskan udara dan tabung reaksi itu sendiri.
221. Melaksanakan pekerjaan laboratorium, siswa memasukkan uap ke dalam kalorimeter yang berisi air pada suhu 100 °C. Akibatnya suhu air naik menjadi Berapa nilai kalor jenis penguapan yang diperoleh menurut data percobaan ini jika massa air bertambah sebesar
Masalahnya harus diselesaikan di papan tulis dengan pertanyaan, menuliskan rumus:
Jika siswa telah menguasai rumus-rumus tersebut dengan baik, maka tidak perlu menulis ulang rumus tersebut lebih lanjut terkait dengan setiap kasus tertentu: mereka dapat langsung mensubstitusikannya ke dalam rumus. nilai numerik jumlah Pernyataan ini juga berlaku untuk kelas senior, sejak menyelesaikan persamaan kalorimetri pandangan umum sering kali ternyata terlalu rumit.
1. Berapa banyak kalor yang dilepaskan uap selama kondensasi?
2. Berapa banyak panas yang dilepaskan oleh air yang terbentuk dari uap ketika didinginkan?
3. Berapa kalor yang diterima air?
Karena jumlah kalor yang dilepaskan oleh uap dan air yang dihasilkan selama kondensasi sama dengan jumlah kalor yang diterima air dalam kalorimeter, kita dapat menulis:
222. Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah es menjadi uap? Buatlah grafik perkiraan prosesnya.
223. Berapa jumlah kalor yang akan dilepaskan selama kondensasi 200 g uap yang diambil dan selanjutnya transformasi air menjadi es? Buat perkiraan jadwal proses.
8. Termodinamika
Perhitungan jumlah panas. Efisiensi pemanas
892. Berapa massa merkuri yang mempunyai kapasitas panas yang sama dengan 13 kg alkohol? Kapasitas kalor jenis alkohol adalah 2440 J/(kgK), kapasitas kalor jenis merkuri adalah 130 J/(kgK). (244)
893. Ketika dua benda sejenis saling bergesekan, suhu benda tersebut setelah satu menit meningkat sebesar 30°C. Berapa daya rata-rata yang dihasilkan kedua benda selama gesekan? Kapasitas kalor setiap benda adalah 800 J/K. (800)
894. Pada kompor listrik 600 W, 3 liter air dipanaskan hingga mendidih dalam waktu 40 menit. Suhu air awal adalah 20°C. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK). Tentukan efisiensi (dalam persen) instalasi. (70)
895. Saat mengebor logam dengan bor tangan, bor bermassa 0,05 kg dipanaskan hingga 20°C dalam waktu 200 detik operasi berkelanjutan. Daya rata-rata yang dikonsumsi bor dari sumber listrik saat pengeboran adalah 10 W. Berapa persentase energi yang dikeluarkan yang digunakan untuk memanaskan bor, jika kapasitas kalor jenis bahan bor adalah 460 J/(kgK)? (23)
896. Saat mengoperasikan motor listrik dengan daya 400 W, motor tersebut memanas sebesar 10 K dalam pengoperasian terus menerus selama 50 detik. Berapa efisiensi (dalam persen) motor tersebut? Kapasitas kalor motor adalah 500 J/K. (75)
897. Trafo yang direndam dalam oli mulai memanas karena beban berlebih. Berapakah efisiensinya (dalam persen), jika pada kekuatan penuh Apakah minyak 60 kW dengan berat 60 kg memanas sebesar 30°C dalam 4 menit pengoperasian transformator? Kapasitas kalor jenis minyak adalah 2000 J/(kgK). (75)
898. Generator memancarkan pulsa frekuensi sangat tinggi dengan energi di setiap pulsa 6 J. Frekuensi pengulangan pulsa 700 Hz. Efisiensi generator adalah 60%. Berapa liter air per jam yang harus dialirkan melalui sistem pendingin generator agar air memanas tidak lebih dari 10 K? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K). (240)
b) Transformasi fase
899. Berapa banyak es yang diambil pada suhu 0°C yang dapat dicairkan dengan energi sebesar 0,66 MJ? Kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (2)
900. Ketika 100 kg baja membeku pada titik lelehnya, panas yang dilepaskan sebesar 21 MJ. Apa panas spesifik melelehkan (dalam kJ/kg) baja? (210)
901. Berapa kalor (dalam kJ) yang harus diberikan pada 2 kg es yang diambil pada suhu 10°C agar es dapat meleleh seluruhnya? Kapasitas kalor jenis es adalah 2100 J/(kgK), kalor jenis lelehan es adalah 330 kJ/kg. (702)
902. Untuk mengubah sejumlah es yang diambil pada suhu 50°C menjadi air pada suhu 50°C, diperlukan energi sebesar 645 kJ. Berapa massa es? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kapasitas kalor jenis es adalah 2100 J/(kgK), kalor jenis peleburan es adalah 3,310 5 J/kg. (1)
903. Berapa kalor (dalam kJ) yang diperlukan untuk mengubah 0,1 kg air mendidih menjadi uap? Kalor jenis penguapan air adalah 2,26 MJ/kg. (226)
904. Berapa kalor (dalam kJ) yang akan dilepaskan jika 0,2 kg uap air mengembun pada suhu 100°C? Kalor jenis penguapan air adalah 2,310 6 J/kg. (460)
905. Berapa kalor (dalam kJ) yang harus ditambahkan ke dalam 1 kg air yang diambil pada suhu 0°C agar air tersebut dipanaskan hingga 100°C dan menguap seluruhnya? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,310 6 J/kg. (2720)
906. Untuk memanaskan air yang diambil pada suhu 20°C dan mengubahnya menjadi uap, dibutuhkan energi sebesar 2596 kJ. Tentukan massa air. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,26 MJ/kg. (1)
907. Sebuah tungku listrik dengan daya 100 kW digunakan untuk melebur satu ton baja. Berapa menit peleburan berlangsung jika ingot harus dipanaskan hingga 1500 K sebelum peleburan dimulai? Kapasitas kalor jenis baja adalah 460 J/(kgK), kalor jenis peleburan baja adalah 210 kJ/kg. (150)
908. Untuk memanaskan air bermassa tertentu dari 0°C sampai 100°C diperlukan kalor sebesar 8400 J. Berapa kalor (dalam kJ) yang diperlukan untuk menguapkan air seluruhnya? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K), kalor jenis penguapan air adalah 2300 kJ/kg. (46)
909. Dibutuhkan waktu 21 menit untuk mendinginkan air di lemari es dari 33°C menjadi 0°C. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengubah air ini menjadi es? Kapasitas kalor jenis air 4200 J/(kg K), kalor jenis pencairan es 3,3 10 5 J/kg. Berikan jawabannya dalam hitungan menit. (50)
910. Sebuah bejana berisi air dipanaskan di atas kompor listrik dari 20°C sampai mendidih dalam waktu 20 menit. Berapa waktu lagi (dalam menit) yang diperlukan untuk mengubah 42% air menjadi uap? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,210 6 J/kg. (55)
911. Hitung efisiensi (dalam persen) suatu kompor gas jika menggunakan gas dengan nilai kalor spesifik 36 MJ/m 3 , dan memanaskan ketel dengan 3 liter air dari suhu 10°C hingga mendidih membutuhkan 60 liter gas. Kapasitas panas ketel adalah 600 J/K. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K). (55)
912. Untuk mengoperasikan mesin uap, dibutuhkan 210 kg batubara dalam 1 jam. Mesin didinginkan dengan air yang mempunyai suhu masuk 17°C dan suhu keluar 27°C. Tentukan konsumsi air (dalam kg) dalam 1 s jika 24% digunakan untuk memanaskannya jumlah total kehangatan. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis pembakaran batubara adalah 30 MJ/kg. (10)
913. Berapa kilometer 10 kg bensin dapat bertahan untuk sebuah mesin mobil yang menghasilkan tenaga 69 kW pada kecepatan 54 km/jam dan mempunyai efisiensi 40%? Kalor jenis pembakaran bensin adalah 4,610 7 J/kg. (40)
Transformasi timbal balik energi mekanik dan internal
914. Pada dampak inelastis Ketika mengenai tembok, sebuah peluru dengan kecepatan 50 m/s memanas sebesar 10°C. Dengan asumsi bahwa peluru menerima semua energi yang dilepaskan saat tumbukan, tentukan kapasitas panas spesifik bahan peluru. (125)
915. Dua peluru identik menghantam dinding. Peluru pertama memanas sebesar 0,5 K, peluru kedua sebesar 8 K. Berapa kali kecepatan peluru kedua lebih besar dari peluru pertama jika seluruh energi peluru dihabiskan untuk memanaskannya? (4)
916. Sebuah peluru yang energi kinetiknya 100 J menumbuk tembok dan memanas sebesar 0,5 K. Berapa persen (persentase) energi peluru yang digunakan untuk memanaskannya jika kapasitas panas peluru adalah 20 J/K? (10)
917. Berapakah tinggi air terjun tersebut jika suhu air di dasar air terjun 0,05°C lebih tinggi dibandingkan suhu air di puncak? Anggap saja itu semua energi mekanik digunakan untuk memanaskan air. Kapasitas kalor jenis air 4200 J/(kg K), G= 10 m/s 2 . (21)
918. Berapa ketinggian yang dapat diangkat untuk mengangkat beban bermassa 100 kg jika energi yang dilepaskan ketika segelas air didinginkan dari 100°C menjadi 20°C dapat diubah menjadi usaha? Massa air dalam sebuah gelas adalah 250 g, kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg · K), kapasitas kalor gelas tersebut tidak diperhitungkan. G= 10 m/s 2 . (84)
919. Sebuah palu bermassa 2000 kg dijatuhkan dari ketinggian 1 m ke atas balok logam bermassa 2 kg. Akibat tumbukan tersebut, suhu blanko meningkat sebesar 25°C. Dengan asumsi bahwa 50% dari total energi yang dilepaskan digunakan untuk memanaskan ingot, tentukan kapasitas panas spesifik bahan ingot tersebut. G = 10 m/s 2. (200)
920. Sebuah bola plastisin dilempar dengan kecepatan 10 m/s dengan sudut 45° terhadap horizontal menuju dinding vertikal yang terletak pada jarak 8 m dari titik pelemparan (secara horizontal). Berapa derajat (dalam mK) bola akan memanas jika menempel di dinding? Asumsikan bahwa seluruh energi kinetik bola digunakan untuk memanaskannya. Kapasitas kalor jenis plastisin adalah 250 J/(kgK). G = 10 m/s 2. (136)
921. Sebuah peluru timah yang melaju dengan kecepatan 500 m/s menembus dinding. Tentukan berapa derajat pemanasan peluru jika kecepatannya dikurangi menjadi 300 m/s. Asumsikan 50% panas yang dilepaskan digunakan untuk memanaskan peluru. Kapasitas kalor jenis timbal adalah 160 J/(kgK). (250)
922. Sebuah peluru terbang mendatar dengan kecepatan 500 m/s menembus sebuah papan yang tingginya 20 cm dari tanah. Pada saat yang sama, suhu peluru meningkat sebesar 200°C. Dengan asumsi bahwa semua panas yang dilepaskan selama tumbukan digunakan untuk memanaskan peluru, tentukan jarak (secara horizontal) dari titik tumbukan peluru jatuh ke tanah. Kapasitas kalor jenis bahan peluru adalah 400 J/(kgK). G = 10 m/s 2. (60)
923. Tubuh itu meluncur turun bidang miring Panjang 260 m dan kemiringan 60°. Koefisien gesekan pada bidang adalah 0,2. Tentukan berapa derajat suhu tubuh akan meningkat jika 50% panas yang dilepaskan digunakan untuk menghangatkannya. Kapasitas kalor jenis bahan pembuat benda tersebut adalah 130 J/(kg K). G= 10 m/s 2. (1)
924. Dua bola identik terbuat dari bahan dengan kapasitas panas spesifik 450 J/(kg K), bergerak saling mendekat dengan kecepatan 40 m/s dan 20 m/s. Tentukan berapa derajat panasnya akibat tumbukan tidak lenting tersebut. (1)
925. Sebuah peluru bermassa 10 g, terbang mendatar dengan kecepatan 400 m/s, mengenai balok kayu bermassa 990 g yang tergantung pada seutas benang dan tersangkut di dalamnya. Berapa derajat peluru akan memanas jika 50% panas yang dilepaskan digunakan untuk memanaskannya? Kapasitas kalor jenis bahan peluru adalah 200 J/(kgK). (198)
926. Berapa kecepatan yang harus ditempuh peluru agar meleleh ketika mengenai tembok? Kapasitas kalor jenis bahan peluru adalah 130 J/(kgK), kalor jenis peleburan 22,25 kJ/kg, titik leleh 327°C. Suhu peluru sebelum tumbukan adalah 152°C. Asumsikan bahwa semua panas yang dilepaskan saat tumbukan digunakan untuk memanaskan peluru. (300)
927. Dari ketinggian berapa (dalam km) sebuah bola timah harus jatuh agar meleleh seluruhnya saat menyentuh permukaan? Asumsikan bahwa 50% energi bola digunakan untuk pemanasan dan peleburan. Suhu awal bola adalah 32°C. Titik leleh timah adalah 232°C, kapasitas kalor jenisnya 200 J/(kg K), kalor jenis peleburan 58 kJ/kg. G= 9,8 m/s 2 . (20)
928. Pada kecepatan berapakah pelet timah harus terbang keluar dari pistol ketika ditembakkan secara vertikal ke bawah dari ketinggian 300 m sehingga ketika mengenai benda yang tidak elastis pelet tersebut meleleh? Asumsikan bahwa panas yang dilepaskan saat tumbukan didistribusikan secara merata antara pelet dan tubuh. Suhu awal pelet adalah 177°C. Titik leleh timbal adalah 327°C, kapasitas kalor jenisnya 130 J/(kgK), kalor jenis peleburan adalah 22 kJ/kg. G = 10 m/s 2. (400)
929. Ketika ditembakkan dari sebuah pistol, sebuah tembakan bermassa 45 g meluncur dengan kecepatan 600 m/s. Berapa persentase energi yang dilepaskan selama pembakaran muatan bubuk seberat 9 g yang merupakan energi kinetik tembakan? Kalor jenis pembakaran bubuk mesiu adalah 3 MJ/kg. (30)
930. Mesin pesawat jet dengan efisiensi 20% saat terbang dengan kecepatan 1800 km/jam, ia mengembangkan gaya dorong sebesar 86 kN. Tentukan konsumsi (dalam ton) minyak tanah selama 1 jam penerbangan. Kalor pembakaran minyak tanah adalah 4,310 7 J/kg. (18)
931.
Muatan meriam jarak jauh mengandung 150 kg bubuk mesiu. Berat proyektil 420 kg. Berapa jarak maksimum yang mungkin (dalam km) sebuah proyektil jika efisiensi senjatanya 25%? Kalor jenis pembakaran bubuk mesiu adalah 4,2 MJ/kg. G
= 10 m/s 2. Abaikan hambatan udara. (75)
Persamaan keseimbangan panas
a) Pemanasan dan pendinginan
932. 2 kg air bersuhu 50°C dan 3 kg air bersuhu 30°C dicampur dalam kalorimeter. Tentukan suhu (dalam °C) campuran tersebut. Abaikan kapasitas panas kalorimeter. (38)
933. 210 kg air bersuhu 10°C dituangkan ke dalam bak mandi. Berapa banyak air bersuhu 100°C yang harus ditambahkan ke dalam bak mandi agar kesetimbangan termal tercapai pada 37°C? (90)
934. Air yang bersuhu 50°C dan air yang bersuhu 10°C harus dicampur sehingga suhu campurannya menjadi 20°C. Berapa kali lagi saya harus meminumnya? air dingin daripada panas? (3)
935. Untuk menyiapkan bak mandi berkapasitas 200 liter, air dingin bersuhu 10°C dicampur dengan air panas bersuhu 60°C. Berapa liter air dingin yang perlu diminum agar suhu bak mandi mencapai 40°C? (80)
936. Benda yang panas bersuhu 50°C dikontakkan dengan benda dingin yang bersuhu 10°C. Setelah mencapai kesetimbangan termal suhu diatur pada 20°C. Berapa kali kapasitas panas benda dingin kapasitas panas yang lebih besar panas? (3)
937. Sebuah benda tembaga, dipanaskan hingga 100°C, diturunkan ke dalam air, yang massanya sama dengan massa benda tembaga. Kesetimbangan termal terjadi pada suhu 30°C. Tentukan suhu awal (dalam °C) air. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), tembaga 360 J/(kgK). (24)
938. Tentukan suhu awal (dalam Kelvin) timah bermassa 0,6 kg jika direndam dalam air bermassa 3 kg dan bersuhu 300 K, air tersebut memanas sebesar 2 K. Kapasitas kalor jenis timah adalah 250 J/(kg K), air adalah 4200 J/( kgK). (470)
939. 0,1 kg air dituangkan ke dalam bejana dengan suhu 60°C, setelah itu suhu air turun menjadi 55°C. Misalkan kapasitas kalor bejana adalah 70 J/K dan kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), tentukan suhu awal (dalam °C) bejana tersebut. (25)
940. Untuk mengukur suhu air seberat 20 g, sebuah termometer dicelupkan ke dalamnya, yang menunjukkan 32,4°C. Berapa suhu sebenarnya (dalam °C) air jika kapasitas kalor termometer adalah 2,1 J/K dan sebelum direndam dalam air suhu ruangan menunjukkan 8,4 °C? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK). (33)
941. Sebuah termometer yang menunjukkan suhu 22°C dicelupkan ke dalam air, kemudian menunjukkan suhu 70°C. Berapa suhu (dalam °C) air sebelum termometer dicelupkan? Massa air 40 g, kalor jenis air 4200 J/(kg K), kapasitas kalor termometer 7 J/K. (72)
942. Setelah benda yang dipanaskan sampai 100°C diturunkan ke dalam air yang bersuhu 10°C, suhunya mencapai 40°C. Berapa suhu (dalam °C) air jika, tanpa mengeluarkan benda pertama, Anda memasukkan benda lain yang serupa ke dalamnya, yang juga dipanaskan hingga 100°C? (55)
943. Sebuah benda yang dipanaskan hingga 110°C diturunkan ke dalam bejana berisi air, akibatnya suhu air meningkat dari 20°C menjadi 30°C. Berapa suhu (dalam °C) air jika benda lain yang serupa, tetapi dipanaskan hingga 120 °C, diturunkan ke dalamnya bersamaan dengan benda pertama? (39)
944.
Tiga cairan tidak beku yang tidak berinteraksi secara kimia dengan massa 1, 10 dan 5 kg dengan kapasitas kalor jenis 2, 4 dan 2 kJ/(kg K) dicampur masing-masing dalam kalorimeter. Suhu cairan pertama dan kedua sebelum pencampuran adalah 6°C dan 40°C. Suhu campuran menjadi 19°C. Temukan suhu (dalam °C) cairan ketiga sebelum pencampuran. (60)
b) Transformasi fase
945. Dalam bejana berisi 9 kg air pada suhu 20°C, 1 kg uap air pada suhu 100°C dimasukkan, yang berubah menjadi air. Tentukan suhu akhir (dalam °C) air. Kapasitas panas bejana dan kehilangan panas tidak diperhitungkan. Kapasitas kalor jenis air 4200 J/(kg K), kalor jenis penguapan air 2,1 10 6 J/kg. (78)
946. Suatu massa air tertentu yang suhu awalnya 50°C dipanaskan sampai titik didih dengan melewatkan uap air yang bersuhu 100°C melaluinya. Berapa persentase massa air akan bertambah? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,110 6 J/kg. (10)
947. Dua buah bejana berisi 4,18 kg air pada suhu yang sama. 0,42 kg air dituangkan ke dalam bejana pertama pada suhu 100°C, dan jumlah uap air yang sama dimasukkan ke dalam bejana kedua pada suhu 100°C. Berapa derajat suhu dalam satu bejana akan lebih besar daripada bejana lain setelah kesetimbangan termal tercapai pada masing-masing bejana? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,3 MJ/kg. (50)
948. Sepotong baja bermassa 10 kg, dipanaskan hingga suhu 500°C, dijatuhkan ke dalam bejana berisi 4,6 kg air pada suhu 20°C. Air memanas hingga 100°C, dan sebagian berubah menjadi uap. Temukan massa (dalam g) uap yang dihasilkan. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,310 6 J/kg, kapasitas kalor jenis baja adalah 460 J/(kgK). (128)
949. Segumpal salju seberat 250 g dimasukkan ke dalam satu liter air yang bersuhu 20°C, sebagian sudah meleleh, yaitu. mengandung air pada suhu 0°C. Suhu air dalam bejana setelah mencapai kesetimbangan termal ternyata 5°C. Tentukan jumlah air (dalam g) dalam gumpalan salju. Kalor jenis lelehan es adalah 330 kJ/kg, kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK). (75)
950. Sebuah bak mandi berkapasitas 85 liter harus diisi air bersuhu 30°C, menggunakan air bersuhu 80°C dan es bersuhu 20°C. Tentukan massa es yang harus dimasukkan ke dalam bak mandi. Kalor jenis lelehan es adalah 336 kJ/kg, kalor jenis es 2100 J/(kg·K), kalor jenis air 4200 J/(kg·K). (25)
951. Banyaknya kalor yang dilepaskan ketika 1 kg uap mengembun pada suhu 100°C dan mendinginkan air yang dihasilkan hingga 0°C digunakan untuk melelehkan sejumlah es yang suhunya 0°C. Tentukan massa es yang mencair. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,22 MJ/kg, kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (8)
952. Campuran yang terdiri dari 2,51 kg es dan 7,53 kg air pada suhu umum 0°C harus dipanaskan hingga suhu 50°C, melewatkan uap pada suhu 100°C. Tentukan jumlah uap yang diperlukan untuk ini (dalam g). Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kgK), kalor jenis penguapan air adalah 2,3 MJ/kg, kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (1170)
953. Sebuah bejana berisi air dalam jumlah tertentu dan es dalam jumlah yang sama dalam keadaan kesetimbangan termal. Uap air dilewatkan melalui bejana pada suhu 100°C. Tentukan suhu air dalam bejana yang stabil jika massa uap yang melewatinya sama dengan massa awal air. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K), kalor jenis penguapan air adalah 2,3 MJ/kg, kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (100)
954.
Dari kapal dengan sejumlah kecil air pada suhu 0°C memompa keluar udara. Dalam hal ini, 6,6 g air menguap, dan sisanya membeku. Temukan massa (dalam g) es yang terbentuk. Kalor jenis penguapan air pada 0°C adalah 2,510 6 J/kg, kalor jenis pencairan es adalah 3,310 5 J/kg. (50)
Pekerjaan gas ideal
955. Pada tekanan konstan 3 kPa volume gas meningkat dari 7 liter menjadi 12 liter. Berapa usaha yang dilakukan oleh gas tersebut? (15)
956. Berekspansi dalam silinder dengan piston yang dapat digerakkan pada tekanan konstan 100 kPa, gas melakukan kerja 100 kJ. Berapa volume gas yang berubah? (1)
957. Dalam proses isobarik pada tekanan 300 kPa, suhu absolut gas ideal meningkat 3 kali lipat. Tentukan volume awal (dalam l) gas jika, selama pemuaian, gas tersebut melakukan usaha sebesar 18 kJ. (30)
958. Berapa usaha yang dilakukan oleh dua mol gas tertentu dengan kenaikan suhu isobarik sebesar 10 K? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (166)
959. Ketika memanaskan 2 kg udara secara isobarik, usaha yang dilakukan adalah 166 kJ. Berapa derajat udara dipanaskan? Massa molar udara adalah 29 kg/kmol, konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (290)
960. Hidrogen dan oksigen dengan massa yang sama dipanaskan secara isobarik pada titik tersebut nomor yang sama derajat. Massa molar hidrogen adalah 2 kg/kmol, oksigen adalah 32 kg/kmol. Berapa kali lebih banyak usaha yang dilakukan oleh hidrogen dibandingkan dengan oksigen? (16)
961. Di dalam silinder di bawah piston terdapat sejumlah gas bermassa tertentu pada suhu 300 K, menempati volume 6 liter pada tekanan 0,1 MPa. Berapa derajat gas harus didinginkan pada tekanan tetap agar usaha yang dilakukan untuk mengompresnya sama dengan 50 J? (25)
962. Dalam sebuah silinder dengan luas alas 100 cm 2 Terdapat gas yang bersuhu 300 K. Pada ketinggian 30 cm dari dasar silinder terdapat sebuah piston yang massanya 60 kg. Berapa usaha yang dilakukan gas selama pemuaian jika suhunya dinaikkan perlahan sebesar 50°C? Tekanan atmosfer 100 kPa, G= 10 m/s 2 . (80)
963. Di dalam silinder di bawah piston terdapat gas yang tertahan dalam volume 0,5 m 3 oleh gaya gravitasi piston dan gaya tekanan atmosfer. Berapa usaha (dalam kJ) yang dilakukan suatu gas ketika dipanaskan jika volumenya menjadi dua kali lipat? Tekanan atmosfer 100 kPa, massa piston 10 kg, luas piston 10 3 m 2. G = 10 m/s 2. (100)
964. Satu mol gas didinginkan secara isokhorik sehingga tekanannya berkurang 5 kali lipat, kemudian dipanaskan secara isobarik hingga suhu awal 400 K. Berapa usaha yang dilakukan gas tersebut? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (2656)
965. Lima mol gas mula-mula dipanaskan pada volume konstan sehingga tekanannya meningkat 3 kali lipat, dan kemudian dikompresi pada tekanan konstan, sehingga suhunya mencapai nilai sebelumnya yaitu 100 K. Berapa usaha yang dilakukan pada gas selama kompresi? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (8300)
966. Satu mol gas ideal didinginkan secara isokhorik sehingga tekanannya berkurang 1,5 kali, kemudian dipanaskan secara isobarik hingga suhu sebelumnya. Dalam hal ini, gas tersebut melakukan usaha sebesar 8300 J. Tentukan suhu awal (dalam Kelvin) gas tersebut. Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (3000)
967. Suatu gas ideal dengan massa 4 mol dimuai sehingga tekanannya berubah sebanding dengan volumenya. Berapa usaha yang dilakukan gas ketika suhunya naik 10 K? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (166)
968. Temperatur gas ideal bermassa 10 kg bervariasi menurut hukum T = av 2 (A= 2 K/m 6). Tentukan usaha (dalam mJ) yang dilakukan gas ketika volumenya bertambah dari 2 liter menjadi 4 liter. Massa molar gas adalah 12 kg/kmol, konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (83)
969. Suatu gas ideal sebanyak 2 mol berada pada suhu 400 K. Volume gas menjadi dua kali lipat sehingga tekanan bergantung linier pada volume. Temukan usaha yang dilakukan oleh gas dalam proses ini jika suhu akhir gas sama dengan suhu awal. Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (4980)
970. Suatu gas ideal sebanyak 2 mol berada pada suhu 300 K. Volume gas diperbesar 1,5 kali sehingga tekanan bergantung linier pada volume dan bertambah 40%. Temukan pekerjaan yang dilakukan oleh gas dalam proses ini. Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (1743)
971. Suatu gas ideal sebanyak 2 mol berada pada suhu 300 K. Volume gas menjadi dua kali lipat sehingga tekanan bergantung linier pada volume, kemudian gas dikompresi secara isobarik hingga volume sebelumnya. Berapa usaha yang dilakukan gas dalam kedua proses tersebut jika tekanan akhir lebih kecil 20% dari tekanan awal? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (498)
Hukum pertama termodinamika. Energi dalam gas ideal
972. Ketika gas dipanaskan, energi internalnya meningkat dari 300 J menjadi 700 J. Berapa usaha yang dilakukan gas jika 1000 J kalor dihabiskan untuk memanaskannya? (600)
973. Ketika gas dipanaskan secara isokhorik, energi internalnya meningkat dari 200 J menjadi 300 J. Berapa kalor yang dikeluarkan untuk memanaskan gas tersebut? (100)
974. Selama pemuaian isobarik, gas melakukan kerja 100 J, dan energi internalnya meningkat sebesar 150 J. Kemudian gas pada proses isokorik diberi kalor yang sama seperti pada proses pertama. Berapa peningkatan energi dalam gas akibat kedua proses tersebut? (400)
975. DI DALAM proses isotermal gas tersebut melakukan kerja 1000 J. Berapakah energi dalam gas tersebut yang bertambah jika diberi kalor dua kali lebih besar dari pada proses pertama, dan proses tersebut dilakukan secara isokhorik? (2000)
976. Dalam proses isotermal, gas menerima panas 200 J. Setelah itu, pada proses adiabatik, gas melakukan kerja dua kali lebih besar dibandingkan pada proses pertama. Berapa penurunan energi dalam gas akibat kedua proses tersebut? (400)
977. Selama pemanasan isobarik, 16 J panas diberikan ke gas, akibatnya energi internal gas meningkat sebesar 8 J, dan volumenya meningkat sebesar 0,002 m 3. Temukan tekanan (dalam kPa) gas. (4)
978. 700 J panas dikonsumsi untuk memanaskan gas ideal pada tekanan konstan 0,1 MPa. Dalam hal ini, volume gas meningkat dari 0,001 menjadi 0,002 m 3, dan energi dalam gas menjadi 800 J. Berapakah energi dalam gas sebelum dipanaskan? (200)
979. Tentukan perubahan energi dalam 0,5 mol gas pada pemanasan isobarik dari suhu 27°C menjadi 47°C, jika gas tersebut diberi kalor sebesar 290 J. Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmol K). (207)
980. Berapa derajat kenaikan suhu satu mol gas ideal jika, pada tekanan konstan, energi internalnya meningkat sebesar 747 J, dan kapasitas panas satu mol pada tekanan konstan lebih besar dari konstanta gas universal sebesar 20,75 J/ (molK)? (36)
981. Satu mol gas ideal dipanaskan pada tekanan konstan, dan kemudian, pada volume konstan, dipindahkan ke keadaan dengan suhu sama dengan suhu awal 300 K. Ternyata sebagai hasilnya, sejumlah panas sebesar 12,45 kJ dipindahkan ke gas. Berapa kali volume yang ditempati gas berubah? Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmolK). (6)
982. Untuk memanaskan sejumlah gas ideal dengan massa molar 28 kg/kmol pada 14 K pada tekanan konstan memerlukan 29 J kalor. Untuk mendinginkan gas yang sama ke suhu semula pada volume konstan, 20,7 J kalor harus dihilangkan dari gas tersebut. Temukan massa (dalam g) gas tersebut. Konstanta gas universal adalah 8300 J/(kmol K). (2)
983. Gas ideal bermassa tertentu dipanaskan pada tekanan konstan dari 15°C hingga 65°C, menyerap 5 kJ kalor. Memanaskan gas ini pada volume konstan pada suhu awal dan akhir yang sama memerlukan pengeluaran panas sebesar 3,5 kJ. Hitunglah volume (dalam l) massa gas tersebut pada suhu 15°C dan tekanan 20 kPa. (432)
a) Pemanasan dan pendinginan
892. Berapa massa merkuri yang mempunyai kapasitas panas yang sama dengan 13 kg alkohol? Kapasitas kalor jenis alkohol adalah 2440 J/(kg×K), kapasitas kalor jenis merkuri adalah 130 J/(kg×K). (244)
893. Ketika dua benda sejenis saling bergesekan, suhu benda tersebut setelah satu menit meningkat sebesar 30°C. Berapa daya rata-rata yang dihasilkan kedua benda selama gesekan? Kapasitas kalor setiap benda adalah 800 J/K. (800)
894. Pada kompor listrik 600 W, 3 liter air dipanaskan hingga mendidih dalam waktu 40 menit. Suhu air awal adalah 20°C. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K). Tentukan efisiensi (dalam persen) instalasi. (70)
895. Saat mengebor logam dengan bor tangan, bor dengan berat 0,05 kg memanas hingga 20°C dalam waktu 200 detik pengoperasian terus menerus. Daya rata-rata yang dikonsumsi bor dari sumber listrik saat pengeboran adalah 10 W. Berapa persentase energi yang dikeluarkan untuk memanaskan bor, jika kapasitas kalor jenis bahan bor adalah 460 J/(kg×K)? (23)
896. Saat mengoperasikan motor listrik dengan daya 400 W, motor tersebut memanas sebesar 10 K dalam pengoperasian terus menerus selama 50 detik. Berapa efisiensi (dalam persen) motor tersebut? Kapasitas kalor motor adalah 500 J/K. (75)
897. Trafo yang direndam dalam oli mulai memanas karena beban berlebih. Berapakah efisiensinya (dalam persen) jika, pada daya penuh 60 kW, minyak bermassa 60 kg memanas sebesar 30°C dalam waktu 4 menit pengoperasian transformator? Kapasitas kalor jenis minyak adalah 2000 J/(kg×K). (75)
898. Generator memancarkan pulsa frekuensi sangat tinggi dengan energi 6 J di setiap pulsa. Laju pengulangan pulsa adalah 700 Hz. Efisiensi generator adalah 60%. Berapa liter air per jam yang harus dialirkan melalui sistem pendingin generator agar air memanas tidak lebih dari 10 K? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K). (240)
b) Transformasi fase
899. Berapa banyak es yang diambil pada suhu 0°C yang dapat dicairkan dengan energi sebesar 0,66 MJ? Kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (2)
900. Ketika 100 kg baja membeku pada titik lelehnya, panas yang dilepaskan sebesar 21 MJ. Berapakah kalor jenis peleburan (dalam kJ/kg) baja? (210)
901. Berapakah kalor (dalam kJ) yang harus diberikan pada 2 kg es, yang suhunya -10°C, agar es tersebut mencair seluruhnya? Kapasitas kalor jenis es adalah 2100 J/(kg×K), kalor jenis pencairan es adalah 330 kJ/kg. (702)
902. Untuk mengubah sejumlah es yang diambil pada suhu -50°C menjadi air pada suhu 50°C, diperlukan energi sebesar 645 kJ. Berapa massa es? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K), kapasitas kalor jenis es adalah 2100 J/(kg×K), kalor jenis peleburan es adalah 3,3×105 J/kg. (1)
903. Berapa kalor (dalam kJ) yang diperlukan untuk mengubah 0,1 kg air mendidih menjadi uap? Kalor jenis penguapan air adalah 2,26 MJ/kg. (226)
904. Berapa kalor (dalam kJ) yang akan dilepaskan jika 0,2 kg uap air mengembun pada suhu 100°C? Kalor jenis penguapan air adalah 2,3×106 J/kg. (460)
905. Berapa kalor (dalam kJ) yang harus ditambahkan ke dalam 1 kg air yang diambil pada suhu 0°C agar air tersebut dipanaskan hingga 100°C dan menguap seluruhnya? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K), kalor jenis penguapan air adalah 2,3×106 J/kg. (2720)
906. Untuk memanaskan air yang diambil pada suhu 20°C dan mengubahnya menjadi uap, dibutuhkan energi sebesar 2596 kJ. Tentukan massa air. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K), kalor jenis penguapan air adalah 2,26 MJ/kg. (1)
907. Sebuah tungku listrik dengan daya 100 kW digunakan untuk melebur satu ton baja. Berapa menit peleburan berlangsung jika ingot harus dipanaskan hingga 1500 K sebelum peleburan dimulai? Kapasitas kalor jenis baja adalah 460 J/(kg×K), kalor jenis peleburan baja adalah 210 kJ/kg. (150)
908. Untuk memanaskan air bermassa tertentu dari 0°C sampai 100°C diperlukan kalor sebesar 8400 J. Berapa kalor (dalam kJ) yang diperlukan untuk menguapkan air seluruhnya? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K), kalor jenis penguapan air adalah 2300 kJ/kg. (46)
909. Dibutuhkan waktu 21 menit untuk mendinginkan air di lemari es dari 33°C menjadi 0°C. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengubah air ini menjadi es? Kapasitas kalor jenis air 4200 J/(kg K), kalor jenis pencairan es 3,3 10 5 J/kg. Berikan jawabannya dalam hitungan menit. (50)
910. Sebuah bejana berisi air dipanaskan di atas kompor listrik dari 20°C sampai mendidih dalam waktu 20 menit. Berapa waktu lagi (dalam menit) yang diperlukan untuk mengubah 42% air menjadi uap? Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K), kalor jenis penguapan air adalah 2,2×106 J/kg. (55)
911. Hitung efisiensi (dalam persen) suatu kompor gas jika menggunakan gas dengan nilai kalor spesifik 36 MJ/m 3 , dan memanaskan ketel dengan 3 liter air dari suhu 10°C hingga mendidih membutuhkan 60 liter gas. Kapasitas panas ketel adalah 600 J/K. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg K). (55)
912. Untuk mengoperasikan mesin uap, dibutuhkan 210 kg batubara dalam 1 jam. Mesin didinginkan dengan air yang mempunyai suhu masuk 17°C dan suhu keluar 27°C. Tentukan konsumsi air (dalam kg) dalam 1 s jika 24% dari jumlah kalor total digunakan untuk memanaskannya. Kapasitas kalor jenis air adalah 4200 J/(kg×K), kalor jenis pembakaran batubara adalah 30 MJ/kg. (10)
913. Berapa kilometer 10 kg bensin dapat bertahan untuk sebuah mesin mobil yang menghasilkan tenaga 69 kW pada kecepatan 54 km/jam dan mempunyai efisiensi 40%? Kalor jenis pembakaran bensin adalah 4,6 × 107 J/kg. (40)
Sejauh ini kita telah membahas hukum pertama termodinamika yang diterapkan pada gas. Ciri khas gas adalah volumenya dapat bervariasi secara signifikan. Oleh karena itu, menurut hukum pertama termodinamika, jumlah kalor Q yang dipindahkan ke gas sama dengan jumlah usaha yang dilakukan gas dan perubahan energi dalam:
Q = ∆U + Ag.
Pada bagian ini kita akan membahas kasus-kasus di mana sejumlah panas dipindahkan ke zat cair atau padat. Ketika dipanaskan atau didinginkan, volumenya sedikit berubah, sehingga usaha yang dilakukan selama pemuaian biasanya diabaikan. Oleh karena itu, untuk zat cair dan padat hukum pertama termodinamika dapat ditulis sebagai
Namun, kesederhanaan persamaan ini menipu.
Faktanya adalah bahwa energi internal suatu benda hanya mewakili energi kinetik total dari gerak kacau partikel-partikel penyusunnya hanya ketika benda tersebut berada. gas ideal. Dalam hal ini, seperti yang telah kita ketahui, energi dalam berbanding lurus suhu absolut(§ 42). Dalam zat cair dan padat, energi potensial interaksi partikel memegang peranan penting. Dan, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, hal itu dapat berubah bahkan dengan bantuan suhu konstan!
Misalnya, jika sejumlah kalor dipindahkan ke dalam campuran air dan es, suhunya akan tetap konstan (sama dengan 0 ºC) hingga seluruh es mencair. (Karena alasan inilah suhu leleh es pernah dijadikan titik acuan dalam menentukan skala Celcius.) Dalam hal ini, panas yang disuplai digunakan untuk meningkatkan energi potensial interaksi molekul: untuk mengubah a kristal menjadi cairan, perlu mengeluarkan energi untuk menghancurkan kisi kristal.
Fenomena serupa terjadi selama perebusan: jika sejumlah panas dipindahkan ke air pada titik didih, suhunya akan tetap konstan (sama dengan 100 ºС pada suhu normal). tekanan atmosfer), sampai semua air mendidih. (Itulah mengapa titik ini dipilih sebagai titik acuan kedua untuk skala Celcius.) Dalam hal ini, panas yang disuplai juga digunakan untuk meningkatkan energi potensial interaksi molekul.
Mungkin tampak aneh bahwa energi interaksi potensial molekul-molekul dalam uap lebih besar daripada air. Lagi pula, molekul gas jarang berinteraksi satu sama lain energi potensial interaksi mereka dianggap wajar tingkat nol. Itulah yang mereka lakukan. Namun energi potensial interaksi antar molekul dalam cairan harus dianggap negatif.
Tanda energi interaksi potensial ini merupakan ciri khas benda tarik-menarik. Dalam hal ini, untuk menambah jarak antar benda, harus dilakukan usaha, yaitu energi potensial interaksinya harus ditingkatkan. Dan jika setelah itu dia menjadi sama dengan nol, artinya sebelumnya negatif.
Jadi, perubahan wujud zat cair dan padat ketika sejumlah panas diberikan padanya harus dipertimbangkan dengan mempertimbangkan kemungkinan perubahan keadaan agregasinya. Perubahan keadaan agregasi disebut transisi fase. Ini adalah transformasi benda padat menjadi cair (meleleh), cair menjadi padat(pemadatan atau kristalisasi), cair menjadi uap (evaporasi) dan uap menjadi cair (kondensasi).
Hukum kekekalan energi dalam fenomena termal yang terjadi pada zat cair dan padat disebut persamaan keseimbangan panas.
Pertama-tama mari kita perhatikan persamaan keseimbangan panas untuk kasus ketika pertukaran panas terjadi antara dua benda, dan pertukaran panasnya dengan benda lain dapat diabaikan (dalam pengalaman, kalorimeter digunakan untuk menciptakan kondisi seperti itu - bejana yang menyediakan insulasi termal pada isinya) .
Kita akan menganggap (seperti yang telah kita bahas sebelumnya untuk gas) jumlah panas yang dipindahkan ke suatu benda menjadi positif jika, sebagai akibatnya, energi internal tubuh meningkat, dan negatif jika energi internal menurun. Dalam hal ini, persamaan keseimbangan panas berbentuk
Q 1 + Q 2 = 0, (1)
dimana Q 1 adalah jumlah kalor yang berpindah ke benda pertama dari benda kedua, dan Q 2 adalah jumlah kalor yang berpindah ke benda kedua dari benda pertama.
Dari persamaan (1) jelas bahwa jika suatu benda menerima panas, maka benda lain akan melepaskannya. Katakanlah, jika Q 1 > 0, maka Q 2< 0.
Jika pertukaran panas terjadi antara n benda, persamaan keseimbangan panas berbentuk
Q 1 + Q 2 + … + Q n = 0.
2. Persamaan keseimbangan panas tanpa transisi fasa
Kita akan menganggap benda itu homogen, yaitu seluruhnya terdiri dari satu zat (misalnya, massa air tertentu, batangan baja atau tembaga, dll.). Pertama-tama mari kita perhatikan kasus ketika keadaan agregasi benda tidak berubah, yaitu transisi fase tidak terjadi.
Dari pelajaran fisika sekolah dasar diketahui bahwa dalam hal ini jumlah kalor Q yang dipindahkan ke suatu benda berbanding lurus dengan massa benda m dan perubahan suhunya ∆t:
Dalam rumus ini, Q dan ∆t dapat berupa besaran positif atau negatif.
Besaran c yang termasuk dalam rumus ini disebut kapasitas kalor jenis zat penyusun suatu benda. Biasanya, dalam soal persamaan keseimbangan panas, suhu digunakan pada skala Celsius. Kami juga akan melakukan hal yang sama.
1. Gambar 48.1 menunjukkan grafik suhu dua benda bergantung pada jumlah kalor yang dipindahkan Q. Massa masing-masing benda adalah 100 g.
A) Benda manakah yang mempunyai kalor jenis lebih besar dan berapa kali lipatnya?
b) Berapa kapasitas panas spesifik masing-masing benda?
2. Sebuah silinder logam yang dikeluarkan dari air mendidih dicelupkan ke dalam kalorimeter yang berisi 150 g air pada suhu 20 ºС. Kapasitas kalor jenis air adalah 4,2 kJ/(kg * K). Asumsikan bahwa kehilangan panas dapat diabaikan.
a) Jelaskan mengapa persamaan tersebut benar
c m m m (t hingga – 100º) + c ke m hingga (t hingga – 20º) = 0,
dimana cm m dan c in masing-masing adalah nilai kapasitas kalor suatu logam dan air, m m dan m in masing-masing adalah nilai massa silinder dan air, t k adalah nilai akhir suhu isi kalorimeter ketika kesetimbangan termal tercapai di dalamnya.
b) Manakah dari dua suku dalam rumus di atas yang positif dan mana yang negatif? Jelaskan jawaban Anda.
c) Berapa kapasitas kalor jenis logam tersebut jika massa silinder 100 g dan suhu akhir 25 ºC?
d) Berapa suhu akhir jika silinder terbuat dari aluminium dan massanya 100 g? Kapasitas kalor jenis aluminium adalah 0,92 kJ/(kg * K).
e) Berapa massa silinder jika terbuat dari tembaga dan suhu akhirnya 27 ºC? Kapasitas kalor jenis tembaga adalah 0,4 kJ/(kg * K).
Mari kita perhatikan kasus ketika energi mekanik diubah menjadi energi dalam. Fisikawan Inggris J. Joule mencoba mengukur seberapa panas air di air terjun ketika menyentuh tanah.
3. Dari ketinggian berapa air harus turun agar ketika sampai di tanah suhunya naik 1 ºС? Terimalah itu energi dalam setengah dari energi potensialnya ditransfer ke air.
Jawaban yang Anda terima akan menjelaskan mengapa ilmuwan tersebut gagal. Harap diperhatikan bahwa ilmuwan tersebut melakukan eksperimennya di tanah kelahirannya, dimana ketinggian air terjun tertinggi sekitar 100 m.
Jika tubuh dipanaskan menggunakan pemanas listrik atau dengan membakar bahan bakar, efisiensi pemanas harus diperhitungkan. Misalnya, jika efisiensi pemanas adalah 60%, ini berarti peningkatan energi internal benda yang dipanaskan adalah 60% dari panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar atau selama pengoperasian pemanas listrik.
Mari kita ingat juga bahwa selama pembakaran bahan bakar bermassa m, sejumlah panas Q dilepaskan, yang dinyatakan dengan rumus
di mana q adalah panas spesifik pembakaran.
4. Untuk mendidihkan 3 liter air dalam panci dengan suhu 20 ºС, wisatawan harus membakar 3 kg semak belukar kering di dalam api. Berapa efisiensi api sebagai alat pemanas? Ambil kalor jenis pembakaran semak belukar sebesar 107 J/kg.
5. Dengan menggunakan pemanas listrik, mereka mencoba merebus 10 liter air, tetapi air tidak mendidih: ketika pemanas dihidupkan, suhunya tetap konstan, di bawah 100 ºС. Daya pemanas 500 W, efisiensi 90%.
a) Berapa banyak kalor yang berpindah dalam 1 s ke air dari pemanas?
b) Berapa banyak kalor yang berpindah dari air ke udara sekitar dalam waktu 1 s ketika pemanas dihidupkan, ketika suhu air tetap?
c) Berapa banyak kalor yang akan berpindah air dalam 1 menit ke udara sekitar segera setelah pemanas dimatikan? Asumsikan selama ini suhu air tidak akan berubah secara signifikan.
d) Berapa penurunan suhu air dalam 1 menit segera setelah pemanas dimatikan?
3. Persamaan keseimbangan panas dengan adanya transisi fasa
Mari kita mengingat kembali beberapa fakta yang Anda ketahui dari kursus fisika sekolah dasar.
Untuk melelehkan padatan kristal sepenuhnya pada titik lelehnya, perlu diberikan sejumlah panas Q, sebanding dengan massa m benda:
Koefisien proporsionalitas λ disebut panas spesifik peleburan. Secara numerik sama dengan jumlah panas yang harus disuplai tubuh kristal menimbang 1 kg pada titik leleh untuk mengubahnya sepenuhnya menjadi cair. Satuan kalor jenis peleburan adalah 1 J/kg (joule per kilogram).
Misalnya, kalor jenis peleburan es adalah 330 kJ/kg.
6. Berapakah ketinggian yang dapat diangkat oleh seseorang yang bermassa 60 kg jika energi potensialnya ditingkatkan dengan jumlah yang secara numerik sama dengan jumlah kalor yang diperlukan untuk mencairkan 1 kg es pada suhu 0 ºC?
Saat memecahkan masalah, penting untuk memperhitungkan bahwa zat padat akan mulai meleleh hanya setelah semuanya dipanaskan hingga suhu lelehnya. Pada grafik ketergantungan suhu tubuh terhadap jumlah panas yang ditransfer, proses peleburan diwakili oleh segmen horizontal.
7. Gambar 48.2 menunjukkan grafik suhu suatu benda bermassa 1 kg, bergantung pada banyaknya kalor yang dipindahkan ke benda tersebut. 
a) Berapa kapasitas panas spesifik suatu benda dalam keadaan padat?
b) Berapakah titik lelehnya?
c) Berapakah kalor jenis peleburan?
d) Berapakah kalor jenis suatu benda dalam wujud cair?
e) Terdiri dari zat apa tubuh ini?
8. Terbang ke atmosfer bumi meteorit besi. Kapasitas kalor jenis besi adalah 460 J/(kg * K), titik leleh 1540 ºС, kalor jenis peleburan 270 kJ/kg. Ambil suhu awal meteorit sebelum memasuki atmosfer adalah -260 ºС. Terimalah 80% itu energi kinetik Ketika meteorit bergerak melalui atmosfer, ia berubah menjadi energi internal.
a) Berapa jumlah minimumnya kecepatan awal meteorit sehingga memanas hingga mencapai titik lelehnya?
b) Bagian meteorit manakah yang akan meleleh jika kecepatan awalnya 1,6 km/s?
Jika tersedia transisi fase Jika Anda ingin mengetahui suhu dasar suatu benda, pertama-tama Anda perlu mencari tahu seperti apa keadaan akhirnya. Misalnya, jika pada keadaan awal massa es dan air serta suhunya diberikan, maka ada tiga kemungkinan.
Keadaan akhirnya hanyalah es (hal ini dapat terjadi jika suhu awal es cukup rendah atau massa es cukup besar). Dalam hal ini, besaran yang tidak diketahui adalah suhu akhir es. Jika masalah diselesaikan dengan benar, maka nilai yang dihasilkan tidak melebihi 0 ºС. Ketika kesetimbangan termal tercapai, es dipanaskan hingga suhu akhir ini, dan semua air didinginkan hingga 0 ºC, kemudian membeku, dan es yang terbentuk darinya didinginkan hingga suhu akhir (jika di bawah 0 ºC).
Pada keadaan akhir, es dan air berada dalam kesetimbangan termal. Ini hanya mungkin pada suhu 0 ºС. Besaran yang tidak diketahui dalam hal ini adalah massa akhir es (atau massa akhir air: diberikan jumlah massa air dan es). Jika soal diselesaikan dengan benar, maka massa akhir es dan air adalah positif. Dalam hal ini, ketika kesetimbangan termal tercapai, pertama-tama es dipanaskan hingga 0 ºС, dan air didinginkan hingga 0 ºС. Kemudian sebagian es mencair atau sebagian air membeku.
Keadaan terakhir hanyalah air. Maka besaran yang tidak diketahui adalah suhunya (setidaknya harus 0 ºС). Dalam hal ini, air didinginkan hingga suhu akhir, dan es harus melalui jalur yang lebih rumit: pertama-tama semuanya dipanaskan hingga 0 ºС. , kemudian semuanya meleleh, dan kemudian es yang terbentuk dari air tersebut dipanaskan hingga suhu akhirnya.
Untuk menentukan kemampuan mana yang diterapkan dalam tugas tertentu, Anda perlu melakukan sedikit riset.
9. Sebongkah es yang bersuhu –10 ºC dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 1,5 liter air yang bersuhu 20 ºС. Asumsikan bahwa kehilangan panas dapat diabaikan. Kapasitas kalor jenis es adalah 2,1 kJ/(kg * K).
a) Berapakah massa es jika pada keadaan akhirnya hanya ada es di dalam kalorimeter? hanya air? es dan air berada dalam kesetimbangan termal?
b) Berapakah suhu akhir jika massa awal es 40 kg?
c) Berapa suhu akhir jika massa awal es adalah 200 g?
d) Berapa massa akhir air jika massa awal es adalah 1 kg?
Tampaknya wajar jika sejumlah panas harus diberikan ke tubuh agar dapat meleleh. Fenomena ini bermanfaat bagi kita: memperlambat pencairan salju, mengurangi banjir di musim semi.
Namun fakta bahwa selama kristalisasi, tubuh mengeluarkan sejumlah panas mungkin mengejutkan Anda: apakah air benar-benar mengeluarkan sejumlah panas ketika membeku? Namun demikian: membeku dan berubah menjadi es, air melepaskan sejumlah besar panas ke udara dingin atau es, yang suhunya di bawah 0 ºС. Fenomena ini juga bermanfaat bagi kita, melunakkan embun beku pertama dan awal musim dingin.
Sekarang mari kita pertimbangkan kemungkinan mengubah cairan menjadi uap atau uap menjadi cairan.
Sebagaimana diketahui dari pelajaran fisika sekolah dasar, banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk mengubah zat cair menjadi uap pada suhu tetap sebanding dengan massa m zat cair:
Koefisien proporsionalitas L disebut panas spesifik penguapan. Secara numerik sama dengan jumlah panas yang harus diberikan ke 1 kg cairan untuk mengubahnya sepenuhnya menjadi uap. Satuan kalor jenis penguapan adalah 1 J/kg.
Misalnya, kalor jenis penguapan air pada titik didih dan tekanan atmosfer normal adalah sekitar 2300 kJ/kg.
10. 100 g uap air bersuhu 100 ºC dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 1 liter air bersuhu 20 ºС. Berapa suhu dalam kalorimeter setelah kesetimbangan termal tercapai? Kehilangan panas dapat diabaikan.
Pertanyaan dan tugas tambahan
11. Dibutuhkan waktu 6 menit untuk memanaskan sejumlah air di atas kompor dari 20 ºС hingga suhu mendidih. Berapa lama waktu yang dibutuhkan hingga semua air ini mendidih? Asumsikan bahwa kehilangan panas dapat diabaikan.
12. Uap dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi es seberat 100 g pada suhu 0 ºC pada suhu 100 ºC. Berapa massa air dalam kalorimeter jika seluruh es telah mencair dan suhu air 0 ºC?
13. Sebuah kubus aluminium yang dipanaskan diletakkan di atas gumpalan es yang terapung, yang suhunya 0 ºС. Berapa suhu yang dipanaskan jika kubus tersebut dicelupkan seluruhnya ke dalam es? Asumsikan bahwa kehilangan panas dapat diabaikan. Kapasitas kalor jenis aluminium adalah 0,92 kJ/(kg * K).
14. Sebuah peluru timah mengenai pelat baja dan memantulkannya. Suhu peluru sebelum tumbukan adalah 50 ºС, kecepatannya 400 m/s. Kecepatan peluru setelah tumbukan adalah 100 m/s. Bagian peluru manakah yang meleleh jika 60% energi kinetik yang hilang diubah menjadi energi dalam peluru? Panas jenis timbal adalah 0,13 kJ/(kg * K), titik leleh 327 ºС, panas jenis peleburan 25 kJ/kg.
15. Dalam kalorimeter yang berisi 1 liter air pada suhu 20 ºС, masukkan 100 g salju basah yang kadar airnya (berdasarkan massa) adalah 60%. Berapa suhu yang akan terjadi dalam kalorimeter setelah kesetimbangan termal tercapai? Kehilangan panas dapat diabaikan.
Petunjuk. Salju basah yang dimaksud adalah campuran air dan es yang bersuhu 0 ºC. 
